隧道工程.docx

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隧道工程

隧道工程

土木工程学院

1绪论

1.1隧道在交通事业中的地位和国内外隧道发展概况

1）隧道定义：

（P1，P3）

2）隧道的产生和发展：

原始时代；远古时代；中世纪时代；近代和现代

3）我国公路隧道的建设和发展（表1.1）

近些年来，我国相继建成一系列、短、中、长及特长隧道。

至2000年底，我国公路隧道通车里程已达628km/1684座，隧道平均长度已达373m。

其中，短隧道为112km/1020座，中隧道为225km/514座，长隧道为207km/135座，特长隧道为54km/15座。

比1979年增长了12倍多，比1993年增长了4倍多。

4）世界公路隧道的建设和发展（表1.2）

新世纪前10年中，将有总长155km以上的公路隧道将要投入建设。

长大隧道：

—西安至安康高速公路秦岭终南山特长公路隧道，隧道方案之一全长18.4km，其长度为亚洲第一，世界第二。

—湖南雪峰山隧道全长7.1km

—陕西省秦岭1号隧道全长6.1km，秦岭2号隧道5.0km，秦岭3号隧道6.0km

—四川省泥巴山隧道全长约8km

—山西省雁门关隧道全长5.6km

—西安至汉中高速公路穿越秦岭山脉的三座特长隧道单洞总长34km

—西昌至攀枝花公路的隧道群总长14km

大跨度隧道：

—全长3.455km的北京八达岭高速公路潭峪沟隧道，断面采用五心圆扁坦拱形式，单洞开挖宽度约15m，为我国三车道隧道修建积累了经验。

沈大高速公路改建工程中的一条隧道，单向四车道行车，单洞开挖宽度接近20m。

1.2隧道的分类及其作用

公路隧道

铁路隧道

水底隧道

地下铁道

航运隧道

人行隧道

1.2.1交通隧道

引水隧道

尾水隧道

导流隧道或泄洪隧道

排沙隧道

1.2.2水工隧道

给水隧道

污水隧道

管路隧道

线路隧道

人防隧道

1.2.3市政隧道

运输巷道

给水隧道

通风隧道

1.2.4矿山隧道

1.2.5按隧道埋深分类：

隧道分类

浅埋隧道

深埋隧道

超深隧道

深度范围

≦（2～2.5）hq

（2～2.5）hq~500m

≧500m

1.2.6按长度分类：

《公路隧道设计技术规范》：

特长隧道（3km以上）、长隧道（1～3km）、中短隧道（<1km）

1.2.7按开挖断面大小：

特大断面隧道（100m2以上）、大断面隧道（50～100m2）、中等断面隧道（10～50m2）、小断面隧道（3～10m2）、极小断面隧道（<3m2）

1.2.8按并行隧道间距分类：

《公路隧道设计技术规范》JTJ026—90第2.6.3条对并行公路隧道的净距做出下列规定：

高速公路、一级公路一般应设计为上、下行分离的独立隧道。

两相邻隧道最小净距视围岩类别、断面尺寸、施工方法、爆破震动等影响因素确定，一般情况可按《公路隧道设计规范》2.6.3表的规定选用。

两相邻隧道最小净距表2.6.3

围岩类别

～

Ｉ

净距（m）

（1.5～2.0）B

（2.0～2.5）B

（2.5～3.0）B

（3.0～5.0）B

>5.0B

注：

B—隧道开挖断面宽度。

连拱隧道:

—京珠高速公路五龙岭隧道为双连拱隧道，总开挖宽度达32.52m；京福高速公路文山下隧道等等。

小净距隧道：

—京福高速公路里洋隧道、鸿尾

号及

号隧道、跃村隧道等等。

2隧道的勘察

2.1隧道勘察的几个阶段

（1）可行性研究阶段

（2）初步勘察

（3）详细勘察

2.2隧道勘察的主要方法

2.2.1收集研究即有资料

地域地质资料；

地形、地貌资料；

区域水文地质资料；

不良和特殊地质特征；

地震资料；

气象资料；

其他有关资料；

工程经验。

2.2.2调查与测绘

（1）工程地质调查

（2）工程地质测绘

（3）调查测绘内容

2.3隧道勘察的主要手段

2.3.1挖探

2.3.2简易钻探

2.3.3钻探

2.3.4地球物理勘探

2.4地质勘察

2.4.1初步勘察

2.4.2详细勘察

2.5水文勘察

2.5.1地下水涌水调查

2.5.2枯水调查

2.6建筑环境评价

3隧道总体设计

平面位置

标高选择

3.1隧道选址

3.1.1越岭隧道选址

滑坡、错落

松散堆积层

泥石流

3.1.2傍山隧道选址

3.1.3不良地质地段隧道位置的选择

3.1.4隧道洞口位置选择

3.2隧道的几何设计

3.2.1隧道的平面设计

3.2.2隧道纵断面设计（人字坡、下行单坡）

3.2.3隧道净空断面横断面设计

隧道净空——

隧道建筑限界——

3.2.4隧道接线

3.3衬砌内轮廓线及几何尺寸拟定内轮廓线、轴线、厚度

3.3.1衬砌断面

3.3.2道路隧道衬砌内轮廓线的求法

（1）圆形断面的作图

（2）直墙式衬砌断面

（3）曲墙式衬砌断面

3.3.3衬砌断面几何尺寸的拟定

（1）衬砌内轮廓尺寸拟定

（2）轴线与外轮廓线

3.4道路隧道勘测设计文件的内容和组成

4隧道结构构造

主体构造物：

洞身衬砌和洞门构造物

附属构造物

4.1洞身衬砌

4.1.1衬砌结构的类型

（1）直墙式衬砌（条件：

垂直压力为主，水平围岩压力很小；一般适用于

、

类围岩，可用于

类围岩）

割圆拱（r1=r2=r），坦三心圆拱（r1>r2），尖三心圆拱（r1

（2）曲墙式衬砌

（3）喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌

（4）偏压衬砌

（5）喇叭口隧道衬砌

（6）圆形断面隧道

（7）矩形断面隧道

4.1.2支护结构

初期支护（一次支护）、永久支护（二次支护、二次衬砌）

（1）整体式衬砌特点：

不考虑围岩的承载作用，通过衬砌结构刚度抵御地层的变形，承受围岩的压力。

（2）复合式衬砌（NATM）

初期支护按主要承载结构设计；二次支护在

类及以上围岩时按安全储备设计；在

类及以下围岩时按承载（后期围压）结构设计，并均应满足构造要求。

（3）喷锚衬砌

4.2洞门

4.2.1概述

4.2.2洞门形式

（1）端墙式洞门（

类以上围岩，地形开阔）

（2）翼墙式洞门（

类以下围岩，开挖路堑）

（3）环框式洞门

（4）遮光棚式洞门

4.2.3隧道洞门构造

4.3明洞

4.3.1拱形明洞

4.3.2棚式明洞

4.3.3明洞基础

4.3.4明洞填土

4.4竖井、斜井

4.5内装、顶棚及路面

4.6隧道的防水与排水（截、堵、排相结合）

（1）截水措施：

截水导流沟、泄水洞、洞外井点降水

（2）堵水措施：

喷射混凝土堵水、塑料板堵水、模筑混凝土衬砌堵水、注浆堵水

（3）排水措施：

盲沟、排水沟、泄水孔

5隧道围岩分级与围岩压力

隧道工程的特点——

隧道围岩——

隧道围岩压力——

5.1隧道围岩分级及其应用

5.1.1隧道围岩分级的因素指标及其选择

（1）单一的岩性指标：

Rb、T、E、抗钻性、抗爆性

（2）单一的综合岩性指标：

Vp、RQD、ts

（3）复合指标：

Q指标（系统）（Barton,）

5.1.2隧道围岩分级的方法

分级方法及其优缺点

5.1.3我国公路隧道围岩分级

（1）公路隧道围岩分级的出发点

（2）分级的指标和因素：

岩体的结构特征与完整性、岩石强度、地下水

（3）公路隧道围岩分级

5.2围岩压力的确定

5.2.1围岩压力的概念

5.2.2围岩压力的产生

（1）初始应力场：

自重应力场、构造应力场

（2）二次应力场

5.2.2围岩压力的确定方法

直接量测法、经验法或工程类比法、理论估算法

（1）深埋隧道围岩压力的确定（P86）

（2）浅埋隧道围岩压力的确定（P86-87）

（3）围岩压力的现场量测

5.3影响围岩稳定性的因素

5.3.1地质因素（自然因素）

5.3.2施工因素（人为因素）

6隧道结构计算

6.1概述

6.1.1引言

（1）局部变形理论

（2）共同变形理论

6.1.2隧道结构体系的计算模型

结构设计方法：

（1）以工程类比为主的经验设计法

（2）以现场量测和实验室试验为主的实用设计法

（3）作用与反作用模型（荷载——结构模型）

（4）连续介质模型（解析法和数值法）

目前主要采用两类计算模型：

a）传统的结构力学模型（荷载——结构模型），计算方法有：

弹性连续框架（含拱形）法、假定抗力法和弹性地基梁（含曲梁和圆环）法。

b）岩体力学模型

解析法、收敛——约束法、数值法（有限单元法、边界单元法、离散元法等）

6.2隧道衬砌上的荷载类型及其组合

主动荷载与被动荷载；主要荷载于附加荷载

6.3半衬砌的计算

6.4曲墙式衬砌计算

6.5直墙式衬砌计算

6.6衬砌截面强度验算

7锚喷支护结构的设计与计算

7.1概述

7.2锚喷支护结构的受力计算

7.2.1锚杆支护结构

锚杆的类型

按作用原理：

全长粘结型、端头锚固型、摩擦型和预应力型四类。

主要起联结作用、组合作用、整体加固作用等。

（1）锚杆的联结作用

1）锚杆承载力计算

2）砂浆锚杆所需锚固长度

（2）锚杆的组合作用

（3）锚杆支护的整体加固作用

承载环——

7.2.2喷混凝土支护结构

（1）局部稳定原理

1）冲切破坏计算

2）撕开作用计算

（2）整体稳定原理

7.2.3锚喷联合支护的应用

（1）锚喷联合支护修建隧道的基本概念

锚喷支护的三个基本点：

P137

（2）支护与围岩共同作用原理的力学概念

支护结构的设计原理：

围岩体和柔性支护共同变形的弹塑性理论。

支护特性曲线——

（3）喷锚支护的结构计算和支护监控：

工程类比为基础的经验法；以现场量测为基础的监控法；

以理论分析为基础的计算法。

7.3锚喷支护施工原则

7.3.1采取各种措施，确保围岩不出现有害松动

7.3.2使围岩变形适度发展，最大限度发挥围岩自承能力

7.3.3保证锚喷支护与围岩形成共同体

7.3.4选择合理的支护类型与参数并充分发挥其功效

7.3.5采取正确的施工方法

7.3.6依据现场监测数据指导施工

8隧道通风与照明

8.1概述

8.2空气中有害物质的设计浓度

8.3需放量计算

8.4通风方式及其选择

8.5道路照明的质量及隧道亮度曲线

8.6照明设计简介

9隧道施工方法简介

9.1概述

9.2新奥法

9.2.1全断面法

9.2.2分部开挖法

9.2.3施工中可能发生的问题及其对策

9.3传统矿山法

9.4开挖

9.4.1炮眼布置和周边眼的控制爆破

9.4.2光面爆破和预裂爆破

9.4.3隧道支撑及衬砌施工